En atombomb fungerar genom att initiera en kärnkedjereaktion, som frigör en enorm mängd energi i förhållande till konventionella sprängämnen. Per volymenhet kan en atombomb vara miljoner eller miljarder gånger kraftfullare än TNT. Den första atomexplosionen inträffade den 16 juli 1945 vid Alamogordo Test Range i New Mexico, under ett test som kallas Trinity. Det utvecklades under det topphemliga Manhattan-projektet, som regisserades av general Leslie R. Groves från den amerikanska armén.
Kärnreaktioner uppstår när neutroner avfyras mot tätt packade atomer med tunga kärnor (uran- eller plutoniumisotoper). Dessa tunga kärnor bryts isär till lättare kärnor när de träffas av en neutron, vilket i sin tur genererar fler neutroner som bombarderar andra kärnor, vilket skapar en kedjereaktion. Denna process är känd som fission. (En annan process som kallas fusion frigör energi genom att smälta samman kärnor istället för att bryta isär dem.) Genom att bryta ner själva kärnorna istället för att frigöra energi genom en konventionell kemisk reaktion, kan atombomber frigöra mer än 80 terajoule energi per kilogram (TJ/ kg).
I de tidigaste bomberna initierades kedjereaktionen helt enkelt genom att två halvsfärer av uranisotop av hög renhet avfyrades mot varandra i en liten kammare. I uppdaterade konstruktioner är en uran- eller plutoniumbombkärna omgiven av högexplosiva linser utformade för att komprimera kärnan vid detonation. Den komprimerade kärnan blir kritisk och initierar en kedjereaktion som kvarstår tills många av de tunga kärnorna har brutits isär.
Atombomben och dess kusin vätebomben har förmodligen varit de mest kraftfulla vapnen i världen sedan de skapades för många decennier sedan. Stora bomber kan förstöra hela städer. Tusentals atombomber har detonerats, även om bara två har använts i krigföring – båda användes av USA mot Japan under andra världskriget. Det finns sju länder som öppet förklarar att de äger kärnvapen; USA, Ryssland, Storbritannien, Frankrike, Folkrepubliken Kina, Indien och Pakistan. Världen har för närvarande tillräckligt med kärnkraft för att få människosläktet att dö ut många gånger om.